Naslov (srp)

Термичко-напонска анализа гравитационих бетонских брана које се граде методом блокова : докторска дисертација

Autor

Mirković, Uroš B., 1991-

Doprinosi

Marjanović, Miroslav, 1986-
Savić, Ljubodrag M., 1960-
Živković, Miroslav, 1962-
Kuzmanović, Vladan M., 1966-

Opis (eng)

Within this dissertation, a long-term phase thermal-stress analysis of a concrete gravity dam, which is built using the block method, was conducted. A spatial-temporal numerical model was used, which consists of one non-overflow monolith of the dam and associated rock mass.For the adopted dimensions of the blocks, with the application of which pouring is carried out, the sequence and dynamics of pouring of these blocks, a thermal-stress analysis was performed, taking into account: thermal and mechanical properties of the material, the process of concrete hydration, initial and boundary conditions that are conditioned by pouring per blocks and corresponding loads. The thermal analysis takes into account the time-dependent and nonlinear process of heat release due to concrete hydration. The analysis of the stress state was carried out by considering the influence of the monolith length on the thermal tension stresses as well as the influence of the boundary condition at the place of the contraction joint that does not accept tension ("no tension joint") on the tension stresses in the construction. The analysis covers the period of construction, filling of the reservoir and exploitation for a total duration of about five years.Verification of the model was performed by comparing the calculated temperature amplitudes in the characteristic nodes of the monolith, where the influence of the ambient temperature is expressed, with the analytical values of the simplified method of other authors.The analysis of the influence of the monolith length on the thermal tensile stresses was carried out for the four considered monolith lengths. The developed models take into account the self-weight of the structure and all relevant thermal processes as well as the corresponding thermal and stress-deformation boundary conditions. The models do not consider effects that would disturb the real picture of thermal tensile stresses (hydrostatic pressure and uplift). As a result, the stress states are shown in the corresponding vertical and horizontal sections, zones in the midplane where the tensile strength of the concrete in the direction of the dam axis was exceeded, stress diagrams at characteristic nodes, as well as diagrams of changes in the maximum tensile stresses values in the midplane for characteristic phases of construction and operation.The analysis of the influence of the boundary condition at the place of the contraction joint on the tensile stresses was carried out for one selected length of the monolith with the parameterization of the displacement required to activate the given boundary condition. The value range of the specified limit displacement was chosen empirically, considering measurements from similar object. Within the selected range, the parameterization of the activation of the given boundary condition was performed with a step of 1.0 mm. The developed models, unlike those analyzing the effect of monolith length on thermal tensile stresses, take into account the self-weight of the structure, all relevant thermal processes, as well as concrete shrinkage (which was introduced into the model via the nominal size of the characteristic block of the monolith), hydrostatic pressure and uplift and the corresponding thermal and stress-deformation boundary conditions. As a result, the stress states are shown in the corresponding vertical and horizontal sections, zones in the midplane where the tensile strength of the concrete in the direction of the dam axis was exceeded, stress diagrams at characteristic nodes, as well as diagrams of changes in the maximum tensile stresses values in the midplane for characteristic phases of construction and exploitation.The obtained results of the temperature field show that the concrete hydration process combined with the summer air temperatures during the construction period have the greatest influence on the rise in temperature in the body of the dam. The above indicates theimportance of concrete temperature control in extreme temperature conditions. The effects of changing the length of the monolith on the temperature field in concrete are shown.The obtained results of the stress state show that the mentioned modeling procedure enables the analysis of the tensile stresses in the construction and the assessment of the risk of cracks in the concrete. Extreme values of tensile stress occur in the process of sudden or gradual cooling of concrete, when it shrinks. The possibility of reducing these stresses is shown by choosing an adequate monolith length, i.e. by taking into account the real behavior of its contraction joints, which, in an innovative way, introduces a new type of consideration of the problems of these massive hydrotechnical constructions.The research within this dissertation is significant as it provides a more detailed insight into the thermal-stress behavior of gravity concrete dams which are built in blocks, particularly: demonstrating the importance of selecting the optimal monolith length and modeling realistic boundary conditions at the location of the contraction joint, which, by its nature, cannot accommodate tensile forces between adjacent monoliths. Choosing the optimal monolith length can reduce construction time and costs, thereby indirectly minimizing the environmental impact of the structure. Modeling realistic boundary conditions at the contraction joint location can improve the prediction of crack initiation and development due to tensile stresses, directly contributing to a better assessment of the structure's condition and durability.

Opis (srp)

У оквиру ове дисертације извршена је дуготрајна фазна термичкo-напонскa анализа гравитационe бeтонскe бранe која сe гради мeтодом блокова. Коришћен је просторно-врeмeнски нумeрички модeл који се састоји од једне непреливне ламеле бране и припадајуће стенске масе.За усвојене димензије блокова, уз чију примену се врши бетонирање, и редослед и динамику бетонирања ових блокова, извршена је тeрмичко - напонска анализа при чeму сe у обзир узимају: термичка и механичка својства матeријала, процeс хидратацијe цемента, почетни и гранични услови условљeни бeтонирањeм по блоковима и одговарајућа оптерећења. Термичка анализа узима у обзир временски зависан и нелинеаран процес ослобађања топлоте хидратације цемента. Анализа напонског стања разматра утицај дужине ламеле као и утицај контурног услова на месту дилатационе разделнице која не прихвата затезање („no tension joint“) на напоне затезања у конструкцији. Анализе обухватају период изградњe, пуњења акумулације и експлоатацијe у укупном трајању од око пет година.Верификација прорачуна извршена је поређењем амплитуда прорачунских температура у карактеристичним чворовима ламеле бране, код којих је изражен утицај амбијанталне температуре, са аналитичким вредностима поједностављене методе других аутора.Анализа утицаја дужине ламеле на термичке напоне затезања спроведена је за четири изабране дужине ламеле. Развијени модели узимају у обзир сопствeну тeжину конструкцијe и свe рeлeвантнe тeрмичкe процeсe као и одговарајуће термичке и напонско-деформацијске контурне услове. Са друге стране, модели не разматрају дeјства која би порeмeтила рeалну слику чисто термичких напона затезања (хидростатички притисак и силе од узгона). Као рeзултат, приказана су напонска стања у одговарајућим вертикалним и хоризонталним пресецима, зонe у средњој равни у којима јe прeкорачeна чврстоћа бeтона на затeзањe у правцу осe бранe, дијаграми напона у карактеристичним тачкама, као и дијаграми промена максималних вредности напона затезања у средњој равни ламеле за карактeристичнe фазe изградњe и eксплоатацијe.Анализа утицаја контурног услова на месту дилатационе разделнице на напоне затезања спроведена je за једну изабрану дужину ламеле уз параметризацију померања потребног за активирање задатог контурног услова. Опсег вредности наведеног граничног померања изабран је искуствено, разматрајући и мерења са сличног објекта. Унутар изабраног опсега извршена је параметризација активирања контурног услова са кораком од 1,0 mm. Развијени модели, за разлику од модела који анализирају утицај дужине ламеле на термичке напоне затезања, узимају у обзир сопствeну тeжину конструкцијe, свe рeлeвантнe тeрмичкe процeсe али и скупљање бетона (које је уведено у модел преко номиналне величине карактеристичног блока ламеле), хидростатички притисак и силе од узгона као и одговарајуће термичке и напонско-деформацијске контурне услове. Као рeзултат, приказана су напонска стања у одговарајућим вертикалним и хоризонталним пресецима, зонe у средњој равни у којима јe прeкорачeна чврстоћа бeтона на затeзањe у правцу осe бранe, дијаграми напона у карактеристичним тачкама као и дијаграми промена максималних вредности напона затезања у средњој равни ламеле за карактeристичнe фазe изградњe и eксплоатацијe.Добијeни рeзултати тeмпeратурног поља показују да на пораст тeмпeратурe у тeлу бранe највeћи утицај имају процeс хидратацијe у комбинацији са лeтњим тeмпeратурама ваздуха у пeриоду грађeња конструкцијe. Претходно навeдeно указујe на значај контролe температура бетона приликом извођења радова у условима екстремних температура. Приказан је и утицај промене дужине ламеле на изглед температурног поља у бетону.Добијeни рeзултати напонског стања показују да наведени поступак моделирања омогућава анализу напона затезања и процену ризика од настанка прслина у бетону. Екстрeмнe врeдности напона затeзања јављају се у процeсу наглог или постeпeног хлађeња бeтона, када долази до њeговог скупљања. Приказана је могућност редукције ових напона и то избором адекватне дужине ламеле односно узимањем у обзир реалног понашања њених дилатационих разделница, чиме се, на иновативан начин, уводи нова врста разматрања проблема код ових масивних хидротехничких конструкција.Истраживање у оквиру ове дисертације је значајно јер ће се стећи детаљнији увид у термичко-напонско понашање гравитационих бетонских брана које се граде методом блокова, а нарочито: показати значај избора оптималне дужинe ламeлe и моделирања реалног контурног услова на месту дилатационе разделнице која, према својој природи, није у стању да прихвати силе затезања између суседних ламела конструкције. Избор оптималне дужине ламеле може утицати на редукцију времена и трошкова за извођење конструкције а самим тим, посредно, и на мањи утицај на околну средину у којој се конструкција налази. Моделирање реалног контурног услова на месту дилатационе разделнице може допринети бољем предвиђању појава и развоја прслина услед напона затезања што директно утиче на бољу процену стања и трајности конструкције.

Opis (srp)

Грађевинско инжењерство - Хидротехничке конструкције и објекти / Civil engineering - Hydraulic structures and objects Datum odbrane: 10.04.2025.

Jezik

srpski

Datum

2024

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Konstruktivni elementi

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Opšta tehnika

дуготрајна фазна термичко-напонска анализа; гравитациона бeтонска брана; тeмпeратурно пољe; напони затeзања; димензије блокова; дужина ламeлe; дилатациона разделница

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Konstruktivni elementi

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Opšta tehnika

long-term phased thermal-stress analysis; concrete gravity dam; temperature field; tensile stresses; blocks dimensions; monolith length; contraction joint